Come misurare la velocità di una reazione chimica

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Introduzione

La velocità di reazione è definita come la variazione di velocità della quantità dei reagenti (diminuzione) nel tempo oppure come la variazione della quantità dei prodotti (aumento) nel tempo ed è ricavata sperimentalmente. Le grandezze che possono esprimere la quantità di un reagente o di un prodotto possono essere varie: ad esempio, il volume, la massa, oppure se la sostanza è in soluzione, la concentrazione. Una reazione chimica è una trasformazione della materia che avviene senza variazioni misurabili di massa, in cui una o più specie chimiche (dette "reagenti") modificano la loro struttura e composizione originaria per generare altre specie chimiche (dette "prodotti"). Ciò avviene attraverso la formazione o la rottura dei cosiddetti "legami chimici intramolecolari", cioè attraverso un riassestamento delle forze di natura elettrostatica che intervengono tra i singoli atomi di cui sono costituite le entità molecolari che sono coinvolte nella reazione. Tali forze elettrostatiche sono a loro volta riconducibili all'effetto degli elettroni più esterni di ciascun atomo. Nei passi della guida a seguire sarà illustrato come misurare la velocità di una reazione chimica.

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Occorrente

  • Carbonato di calcio
  • Soluzione acquosa di acido cloridrico
  • Bilancia analitica
  • Vetrino da orologio
  • Becher da 200 ml
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Supponi di voler studiare la velocità con cui procede la seguente reazione: acido cloridrico (aq) carbonato di calcio (s) = cloruro di calcio (aq) acqua (l) anidride carbonica (g). Ti ricordo che s indica che la sostanza è in fase solida, l in fase liquida, g in fase gassosa e aq indica che la sostanza è in soluzione. Nel caso della reazione data può risultare comodo misurare la massa di anidride carbonica prodotta. Pesa su una bilancia analitica i reagenti prima della reazione ponendo su di essa il becher contenente la soluzione di HCl e con sopra un vetrino contenente il carbonato di calcio. Annota il peso.

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Versa poi il carbonato di calcio nella soluzione di HCl e poni nuovamente il vetrino sul becher lasciando il tutto sulla bilancia. Nel momento in cui il carbonato di calcio viene a contatto con l'acido cloridrico la reazione ha inizio. L'anidride carbonica gassosa prodotta esce dal becher e, quindi, la massa del sistema (becher, soluzione, vetrino) diminuisce progressivamente. Questa diminuzione di massa, corrisponde proprio, in basealla legge di Lavoisier, alla massa del gas prodotto.

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Dopo un intervallo di tempo prefissato, per esempio 120 secondi, annota il peso indicato sul display della bilancia e calcola la variazione della massa che si è verificata in questo intervallo di tempo (ovvero la quantità di anidride carbonica prodotta). Elaborando i dati ottenuti puoi calcolare la velocità di reazione: v = (variazione della massa) / (intervallo di tempo). Devo precisarti che il valore calcolato in questo modo esprime la velocità media della reazione in quell'intervallo di tempo. Infatti, si può constatare che la velocità è massima nel momento in cui la reazione prende il via e diminuisce con il passare del tempo.

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